Bøjning af mikrobølger og forbyde frekvenser med simulerede metamaterialer

Brug af plasma til at styre mikrobølger til stråling af direkte energi mod et bestemt punkt undersøges for deres holdbarhed i højenergiske elektriske felter og deres rekonfigurerbare struktur. Mikrobølgeovne med høj effekt, ligner lasere, kan overføre energi ved høje hastigheder over lange afstande, upåvirket af vind, tyngdekraft, eller andre kræfter. Luftfartsingeniører ved University of Illinois i Urbana-Champaign simulerede et metamateriale dannet af plasmastrukturer for at demonstrere dets potentiale til at justere mikrobølgefrekvenser.

"I simuleringen vi fokuserede på atmosfæriske plasmafotoniske krystaller - en struktur dannet af plasmasøjler, omkring .1 til .8 millimeter i diameter, arrangeret i kolonner og rækker - tænk på det som en pænt bestilt lille plasmaskov. Ultimativt, vi forsøger at finde, hvilke knapper der skal drejes - plasmatæthed, kolonneafstand, søjleradius - for bedst at styre mikrobølgefrekvensen, der passerer gennem strukturen, "sagde Matt Paliwoda, en ph.d. -studerende, der arbejder med lektor Joshua Rovey i Institut for Aerospace Engineering ved U of I.

Paliwodas simulering koncentrerede sig om at forudsige frekvensbåndgapene, der forbyder visse frekvenser at trænge ind i et materiale, ved at ændre materialestrukturen.

"Det blokerer det helt. Når du sender en mikrobølgeovn til et materiale, kan det let passere igennem det, men det kan også afspejles. Ved disse båndgap, det afspejler, forbyder frekvensen, " han sagde.

"Når du tager en guitarstreng, det vibrerer med en bestemt frekvens, som afhænger af strengens længde, "Sagde Paliwoda." For at ændre frekvensen, du kan sætte et klip i den ene ende af strengen for at forkorte vibrationslængden og forhindre den i at vibrere ved andre frekvenser. I tilfælde af plasmaet, afstanden mellem søjlerne er vores streng, hvor mikrobølgeenergi kan svinge, mens plasmakolonnerne er strengens faste ender. På denne måde, plasmastrukturen gør det muligt for mikrobølgeenergien at svinge ved bestemte bølgelængder - visse frekvenser - og blokerer andre. "

Materialets arrangement eller struktur kan bestemme, hvordan mikrobølgeenergien brydes og rettes mod et mål. Han sagde, at fotoniske krystaller og metamaterialer har elektromagnetiske egenskaber, der ikke findes i naturlige materialer.

Dirigeret energi kan bruges i militære applikationer, men Paliwoda sagde, at den også kan bruges til at genoplade satellitter i rummet eller muligvis til at flytte satellitter til en højere bane.

Paliwoda opnåede en Bachelor of Science grad fra University of Washington, og en kandidatgrad ved Missouri University of Science and Technology, da Rovey var på fakultetet der.

"Jeg var interesseret i brugen af ​​plasmaaktuatorer over en vinge, men da jeg kom til Illinois, Jeg gik virkelig ned i kaninhullet og begyndte at dykke ned i nogle af elektromagnetiske metamaterialer. Jeg har taget en række mikrobølge kurser og også et plasma bølger kursus, så jeg planlægger at fortsætte arbejdet i dette styrede energiområde, hvis ikke specifikt med plasmafotoniske krystaller, " han sagde.

Studiet, "Multiparameter mellemrumsbåndgapkontrol af rekonfigurerbar atmosfærisk plasma fotonisk krystal, "skrevet af Matthew C. Paliwoda og Joshua L. Rovey optræder i Plasmas fysik .